KR20060106416A - 전자력 구동 가변 초점 미러 및 그 제조방법과 구동 방법 - Google Patents

전자력 구동 가변 초점 미러 및 그 제조방법과 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형 카메라 모듈의 자동 초점 및 광학 줌 기능의 구현을 위한 가변 초점 미러에 관한 것으로서, 지지대와 상기 지지대에 부착된 1개 이상의 영구자석을 구비한 구동부; 코일과 상기 코일에 흐르는 전류의 방향과 크기에 의해 곡률이 변하는 반사면과 상기 반사면이 집적된 박막을 구비한 미러부를 포함한다. 본 발명에 의한 가변 초점 미러는 반사면의 곡률 반경을 조절하여 초점을 맞추거나 광학 줌 기능을 구현하므로, 카메라 모듈의 부피를 현저히 감소시키고 초소형 카메라 모듈을 필요로 하는 다양한 응용에 적용이 가능하다.
전자력 구동, 곡률, 가변 초점, 미러

Description

전자력 구동 가변 초점 미러 및 그 제조방법과 구동 방법{Electromagnetic variable focus mirror, fabrication method for the same, and operating method for the same}
도 1은 종래의 2군 렌즈 방식의 광학 줌 카메라 모듈의 개념도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 전자력 구동 가변 초점 미러의 곡률 변화에 따른 초점 거리 변화의 원리를 나타낸 사시도이다.
도 3a 내지 도 3b는 각각 본 발명에 의한 전자력 구동 가변 초점 미러의 미러부의 한쪽 면과 반대쪽 면을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 전자력 구동 가변 초점 미러의 미러부의 각 층별 형상을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 전자력 구동 가변 초점 미러의 미러부의 평면도 및 단면도이다.
도 6a 내지 도 6b는 각각 본 발명에 의한 전자력 구동 가변 초점 미러의 단면도와 사시도이다.
도 7은 2개의 전자력 구동 가변 초점 미러를 사용한 카메라 모듈의 일실시예를 나타낸 개념도이다.
{도면의 주요 부분에 대한 설명}
1 : 줌 렌즈군 2 : 자동 초점 렌즈군
3 : 이미지 센서 11 : 줌 렌즈군 이동 방향
12 : 자동 초점 렌즈군 이동 방향 21 : 박막
22 : 반사면 31 : 입사광
32 : 반사광 40 : 기판
41 : 코일 42 : 제 1 전극 패드
43 : 제 2 전극 패드 44 : 절연막
45-1 : 제 1 절연막 관통공 45-2 : 제 2 절연막 관통공
46 : 하부 도선 47 : 관통공
48 : 박막 49 : 반사면
51 : 제 1 영구자석 52 : 제 2 영구자석
53 : 소정의 두께(gap) 54 : 지지대
60 : 회전축 70 : 광 경로
71 : 제 1 전자력 구동 가변 초점 미러
72 : 제 2 전자력 구동 가변 초점 미러
73 : 이미지 센서 74 : 제 1 광학계
75 : 제 2 광학계 76 : 제 3 광학계
본 발명은 소형 카메라 모듈의 자동 초점 및 광학 줌 기능의 구현을 위한 전자력 구동 가변 초점 미러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자력 구동기나 스텝 모터 등을 사용해 렌즈군의 위치를 조절하는 대신 반사면의 곡률 반경을 조절하여 초점을 맞추거나 광학 줌 기능을 구현하기 위한 전자력 구동 가변 초점 미러와 그 제조방법 및 구동방법에 관한 것이다.
최근 통신기술 및 디지털 정보처리 기술의 발전과 더불어 정보처리 및 연산, 통신, 화상 정보 입출력 등 다양한 기능이 집적된 휴대용 단말기 기술이 새롭게 대두되고 있다. 디지털 카메라와 통신 기능이 장착된 PDA, 디지털 카메라와 PDA 기능이 장착된 핸드폰 등을 그 예로 들 수 있는데, 디지털 카메라 기술 및 정보 저장 기술의 발달로 인하여 고사양의 디지털 카메라 모듈(digital camera module)의 장착이 점차 보편화되고 있는 추세이다.
제반 기술의 발달로 휴대용 단말기 등에 장착되는 디지털 카메라 모듈에 메가 픽셀(mega pixel)급 이미지 센서(image sensor)가 사용되면서, 자동 초점(auto focus) 및 광학 줌(optical zoom) 등 기능의 중요성은 더욱 부각되고 있다. 이러한 소형 디지털 카메라 모듈에서 자동 초점 및 광학 줌 기능을 구현하기 위해서는 상대적으로 적은 부피를 차지하면서 빠른 기동 속도, 저전력 소모, 큰 변위 등의 성능을 충족시킬 수 있는 구동기가 필요하고, 특히 광학 줌 기능의 향상에 따른 필요 변위의 증가에 대응할 수 있는 구동기가 요구된다.
종래의 카메라 모듈은 광학 줌과 자동 초점 기능을 구현하기 위해서 광축상에서 렌즈군의 위치를 변화시키는 방법을 사용하였다. 도 1은 2개의 렌즈군을 사용한 광학 줌과 자동 초점 기능이 적용된 종래의 카메라 모듈의 개념도이다. 광학 줌 기능 구현시 줌 렌즈군(1)이 소정의 위치로 이동하게 되면, 자동 초점 렌즈군(2)은 줌 렌즈군의 위치에 의해 결정되는 소정의 위치로 이동하여 이미지 센서(3)에 화상을 결상하게 된다. 일반적으로 2군 렌즈 방식의 광학 줌 카메라 모듈에서 줌 렌즈군은 상대적으로 큰 변위를 필요로 하며, 자동 초점 렌즈군은 빠른 기동을 필요로 한다.
종래에는 렌즈군의 위치를 변화시키는 방법으로 보이스 코일 모터(voice coil motor, 이하 'VCM'이라 한다) 등의 전자력 구동기나 스텝 모터 등 회전 운동을 하는 구동기로 리드 스크류를 회전시켜 가동부를 선형적으로 이동시키는 방식 등을 사용하였다. VCM 등의 전자력 구동기의 경우, 변위를 증가시키는 데 한계가 있으며, 줌 기능을 위한 기동시 지속적으로 전력을 소모하는 단점이 있다. 그리고 스텝 모터 등 회전 운동을 하는 구동기로 리드 스크류를 회전시켜 가동부를 선형적으로 이동시키는 경우, 복잡한 매커니즘과 기어부의 마찰 및 소음 등의 단점이 있다. 또한, VCM 방식 및 스텝 모터를 이용한 구동기의 경우 복잡한 구조로 인하여 저가의 구동기를 제작하는데 어려움이 있으며, 소형화하는데 있어서 크기의 제약이 있다. 결국 종래의 광축 상에서 렌즈군을 움직이는 기계적인 구동 방식에 따른 구동기는, 줌 기능의 강화와 화질의 향상에 따라 더욱 까다로워지고 있는 구동기에 대한 요구조건들을 만족시키기에 충분하지 못하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 전자력에 의해 반사면의 곡률 반경을 조절할 수 있는 전자력 구동 가변 초점 미러와 그 제조방법 및 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 전자력 구동 가변 초점 미러를 이용한 카메라 모듈을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 전자력 구동 가변 초점 미러는 지지대와 상기 지지대에 부착된 1개 이상의 영구자석을 구비한 구동부와 상기 구동부에 대향하는 위치에 코일과 상기 코일에 흐르는 전류의 크기와 방향에 의해 곡률이 변하는 반사면과 상기 반사면이 집적된 박막을 구비한 미러부를 포함한다. 또한 상기의 전자력 구동 가변 초점 미러는 미세 가공 기술 또는 마이크로머시닝 공정으로 제작되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 전자력 구동 가변 초점 미러의 미러부는 상기 코일과 상기 박막 사이를 절연하는 절연막을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 전자력 구동 가변 초점 미러의 미러부는 상기 코일에 전류를 흘릴 수 있는 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 반사면은 금속, 유전체, 금속과 유전체의 적층 중 어느 하 나로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 박막은 반도체, 유전체, 세라믹, 폴리머, 금속 중의 어느 하나 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 반사면은 그 모양이 원형인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 박막은 광 투과율이 높은 것으로 형성될 수도 있다.
본 발명에서 상기 영구자석은 원통형인 것이 바람직하다.
나아가서 본 발명에서 상기 영구자석은 원통형의 내부 영구자석과, 상기 내부 영구자석을 소정의 간격을 두고 둘러싼 속이 빈 원통형의 외부 영구자석으로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 지지대는 투자율이 높은 것으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 박막은 통상적인 렌즈와 같이 평평한 초기상태를 가지는 것이 일반적이되, 상기 박막의 평평도에는 소정의 초기 변형이 가해질 수도 있다.
본 발명은 상기 전자력 구동 가변 초점 미러를 1개 이상 이용하고 상기 전자력 구동 가변 초점 미러에서 굴절된 빛이 최후로 도달하는 이미지 센서를 포함한 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명은 지지대와 상기 지지대에 부착된 1개 이상의 영구자석을 구비한 구동부를 형성하는 단계와, 코일과 상기 코일에 흐르는 전류의 크기와 방향에 의해 곡률이 변하는 반사면과 상기 반사면이 집적된 박막을 구비한 미러부를 형성하는 단계 및 상기 구동부를 상기 미러부와 대향하는 위치에 배치하는 단계를 포함하는 전자력 구동 가변 초점 미러의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 지지대와 상기 지지대에 부착된 1개 이상의 영구자석을 구비한 구동부에서 외부 자장을 형성하는 단계와, 상기 구동부와 대향하는 위치에 코일과 상기 코일에 흐르는 전류의 크기와 방향에 의해 곡률이 변하는 반사면과 상기 반사면이 집적된 박막을 구비한 미러부에서 상기 코일에 전류를 흘려주는 단계 및 상기 외부 자장과 상기 코일에 흐르는 전류의 상호작용으로 상기 반사면과 상기 박막의 곡률이 변화하는 단계를 포함하는 전자력 구동 가변 초점 미러의 구동 방법을 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 전자력 구동 가변 초점 미러의 곡률 반경의 변화와 그에 따른 초점 조절의 원리를 나타낸 사시도로, 도 2a는 초기상태의 경우이고, 도 2b는 중심부 변위가 d1인 경우이며, 도 2c는 중심부 변위가 d2인 경우이다.
도 2a의 실시예에서 (전자력 구동) 가변 초점 미러는 박막(21)과 상기 박막에 집적된 반사면(22)을 포함한다.
상기 실시예는 원형의 박막(21) 위에 반사면(22)이 형성된 구조로, 박막 및 반사면의 곡률 변화에 의해 반사광(32)의 초점 거리가 변한다. 도 2b와 도 2c에서 보는 바와 같이 반사면의 중심부가 하부로 d1 또는 d2만큼의 변위를 일으킨 경우 반 사면의 곡률은 r1 또는 r2와 같이 변하고, 이에 따라 반사광의 초점 거리가 변한다.
도 3a 내지 도 3b는 각각 본 발명에 의한 전자력 구동 가변 초점 미러의 미러부의 한쪽 면과 반대쪽 면을 도시한 사시도이다.
도 3a의 실시예에서 전자력 구동 가변 초점 미러의 미러부는 빛이 입사하고 반사될 수 있도록 관통공이 형성된 기판(40)과, 상기 기판 위에 형성된 박막(48)과, 상기 박막 위에 적층된 절연막(44)과, 상기 절연막 위에 형성된 코일(41)과 제 1 및 제 2 전극 패드(42,43)를 포함한다.
상기 실시예에서, 박막(48)의 위에 적층된 절연막(44)의 위쪽에 형성된 코일(41)에 전류가 흐를 경우, 상기 코일에 흐르는 전류와 외부 자장의 상호 작용에 의해 박막(48)의 곡률을 변화시킨다.
빛은 도 3a의 실시예에서는 박막의 아래쪽으로, 도 3b의 실시예에서는 박막의 위쪽으로 입사하여 굴절되고 반사되어 광 경로를 형성한다.
도 4는 도 3a에서 보인 전자력 구동 가변 초점 미러의 미러부의 일실시예의 각 층별 구조를 도시한 것이고, 도 5는 도 3a에서 보인 상기 전자력 구동 가변 초점 미러의 미러부의 일실시예의 평면도 및 단면도를 도시한 것이다.
도 4의 실시예에서, 전자력 구동 가변 초점 미러의 미러부의 층별 구조는 관통공(47)이 형성된 기판(40)과, 상기 기판의 위에 위치하는 박막(48)과, 상기 박막 의 위에 위치하는 하부 도선(46)과, 상기 하부 도선의 위에 위치하며 제 1 및 제 2 절연막 관통공(45-1,45-2)이 형성된 절연막(44)과, 상기 절연막의 위에 위치하는 코일(41)과, 상기 절연막의 위에 위치하는 제 1 및 제 2 전극 패드(42,43)를 포함한다.
도 5의 실시예는 도 4의 실시예에서 보인 전자력 구동 가변 초점 미러의 층별 구조가 순차적으로 집적된 것을, 최상층에서 바라본 평면의 모습과 한가운데를 지나는 단면의 모습으로 나타낸 것이다. 가운데에 관통공(47)이 형성된 기판(40)의 위에 박막(48)이 위치하고, 상기 박막의 위에는 하부 도선(46)이 위치하며, 상기 하부 도선의 위에는 상기 기판과 외곽이 같은 절연막(44)이 위치하고, 상기 절연막의 상층에는 코일(41)과 제 1 및 제 2 전극 패드(42,43)가 위치한다. 최상층에서 바라봤을 때, 상기 절연막은 그 한가운데에 위치한 제 1 절연막 관통공(45-1)과 코일에 닿지 않도록 위치한 제 2 절연막 관통공(45-2)의 부분을 제외하고는 상기 하부 도선을 완전히 덮어, 상기 하부 도선과 절연막 상층의 상기 코일의 대부분의 부분 및 상기 제 1 전극 패드와의 접촉을 차단한다. 상기 코일의 일측단은 상기 제 1 절연막 관통공(45-1)이 형성된 위치의 바로 상부에 위치하며, 상기 코일의 타측단은 상기 제 1 전극 패드와 연결된다. 상기 제 2 전극 패드는 상기 제 2 절연막 관통공(45-2)이 형성된 위치의 바로 상부에 위치한다. 상기 하부 도선은 상기 제 1 절연막 관통공을 통해 상기 코일의 일측단과 접촉('제 1 접촉'이라 한다)하고 상기 제 2 절연막 관통공를 통해 상기 제 2 전극 패드와 접촉('제 2 접촉'이라 한다)하고,제 1 접촉이 일어난 지점과 제 2 접촉이 일어난 지점 사이에 전류가 흐를 수 있 도록 형성되어야 하되, 그 모양은 어떤 것이라도 무방하다.
도 4의 실시예에서, 미러부의 전체적인 층별 구조는 관통공(47)이 형성된 기판(40) 상에 박막(48)과 코일(41)을 집적한 형태이다. 상세하게는 코일(41)의 일측단은 제 2 전극 패드(43)에 제 2 절연막 관통공(45-2)을 통해 접촉된 하부 도선(46)과 제 1 절연막 관통공(45-1)을 통해 전기적으로 접촉하고, 코일(41)의 타측단은 제 1 전극 패드(42)와 직접 전기적으로 접촉한다. 하부 도선(46)은 절연막(44)에 형성된 상기 제 1 및 제 2 절연막 관통공(45-1,45-2)을 통해 상기 코일과 함께 전류가 흐르는 경로를 형성하고, 상기 제 1 전극 패드(42)와 상기 제 2 전극 패드(43) 사이에 전압을 인가하면 상기 코일(41)에 전류가 흐른다. 상기 코일(41)에 흐르는 전류는 차후 설명할 구동부에서 형성된 외부 자장과 상호작용하여 코일에 전자력을 가하고, 이 전자력은 코일과 밀접하게 적층된 박막(48)과 상기 박막에 집적된 반사면에 작용하여 상기 박막과 상기 반사면의 곡률이 변한다.
반사면(49)은 상기 박막(48)에 집적되어 구동부에 의한 외부 자장과 코일에 흐르는 전류의 상호작용에 의해 박막과 함께 곡률이 변한다. 상기 반사면은 상기 박막의 위쪽 또는 아래쪽의 어느 쪽 면에 집적되어도 무방하다. 박막(48)이 높은 광 투과율을 갖는 물질로 제작된 경우, 도 4의 실시예에서처럼 박막의 위쪽 면에 반사면을 집적하여 하부 도선(46)을 없애고 상기 반사면이 상기 하부 도선을 대신하여 상기 코일과 함께 전류가 흐르는 경로를 형성하도록 할 수 있다. 반사면은 Al, Au, Ag 등의 금속 또는 1층 이상의 유전체 또는 금속과 유전체의 조합으로 형성되는 것이 바람직하다.
박막(48)은 실리콘, 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 등의 반도체나 유전체, 세라믹, 폴리머, 금속 등 다양한 소재들 중 하나 또는 그 이상으로 형성됨이 바람직하다. 박막이 금속 재료로 형성된 경우, 도 4의 실시예에서처럼 하부 도선(46)을 없애고 상기 박막이 상기 하부 도선을 대신하여 상기 코일과 함께 전류가 흐르는 경로를 형성하도록 할 수 있다.
반사면의 모양은 어떤 모양이라도 무방하나, 외부자장과 코일에 흐르는 전류의 상호작용으로 발생하여 작용하는 전자력에 의해 박막과 함께 곡률이 변하여 초점이 변할 수 있는 모양이어야 하고, 통상 렌즈의 모양으로 쓰이고 있는 원형인 것이 바람직하다.
절연막(44)은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 세라믹, 폴리머 등의 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
하부 도선(46), 코일(41), 제 1 및 제 2 전극 패드(42,43)는 각각 Al, Ni, Cu, Au, Ag 등 모든 종류의 금속으로 형성되는 것이 바람직하며, 도금, 스퍼터링(sputtering) 또는 증착(evaporation) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
제작 공정에 있어서 상기 박막(48)과 상기 반사면(49), 그리고 상기 하부 도선(46) 등의 내력을 조절함으로써 반사면의 초기 평평도를 조절할 수 있다. 상기 반사면과 상기 박막이 평평한 상태로 제작하는 것이 통상적이나, 상기 전자력 구동 가변 초점 미러가 구동되지 않은 상태에서 상기 반사면과 상기 박막에 소정의 초기 곡률변화가 존재하도록 제작할 수도 있다.
도 6a 내지 도 6b는 각각 본 발명에 의한 전자력 구동 가변 초점 미러의 구동부를 포함한 전체 전자력 구동 가변 초점 미러의 일실시예를 도시한 단면도와 사시도이다.
도 6a의 실시예에서, 전자력 구동 가변 초점 미러는 상기 도 3a 내지 도3b의 실시예에 나타난 전자력 구동 가변 초점 미러의 미러부와, 지지대(54)와 상기 지지대의 위에 위치하는 내부의 원통형 제 1 영구자석(51)과 상기 지지대의 위에 위치하면서 소정의 간격(53)을 사이에 두고 상기 제 1 영구자석(51)을 둘러싼 속이 빈 원통형의 제 2 영구자석(52)을 포함한 구동부를 포함한다. 상기 구동부의 상부에는 상기 미러부가 위치하되, 상기 미러부는 코일이 박막의 아래쪽에 위치하여 구동부에 가까이 있도록 하여, 도 3a의 실시예와는 상하가 반대이고 도3b의 실시예와는 상하가 같은 형태이다. 반사면(49)은 상기 미러부의 박막의 위쪽 면에 적층되어 위쪽으로부터 입사하는 빛을 위쪽으로 반사시킨다.
도 6a의 실시예에서, 상기 지지대와 상기 박막은 서로 평행한 평면 상에 놓여 있으며 그 평면에 수직한 방향은 z 방향이다. 상기 지지대 또는 상기 박막이 놓인 평면과 평행한 각 평면 상에서, 상기 지지대에 부착된 영구자석으로부터 방사상으로 뻗어나가는 방향은 r 방향이다. 또한 상기 지지대와 상기 박막은 중심이 서로 동일한 z 방향의 축 상에 위치하며, 그 z 방향의 축을 중심으로 반시계 방향으로 회전하는 방향이 θ 방향이다.
상기 실시예에서, 박막(48) 등을 구비한 미러부의 아래쪽에 외부 자장을 공급하는 영구자석을 배치하게 되는데, 영구자석에 의한 r 방향의 자기장이 상기한 코일에 흐르는 전류와 상호작용하여 박막(48)을 구동시키는 외부 자장이 된다. 코일은 z 방향에 수직한 평면 상에 위치하고 평면 나선형의 형태이므로, 영구자석에 의한 자기장 중 r 방향 이외의 나머지 방향의 자기장은 코일에 흐르는 전류에 의해 전자력(로렌츠 힘, Lorentz force)을 발생키시지 못하거나 전자력을 발생시키더라도 상쇄되어 거의 효력이 없으므로, 영구자석의 r 방향의 자기장만이 코일에서 유효한 전자력을 발생시킨다. 영구자석에 의한 자기장이 r 방향으로 형성되고 코일(41)에 θ 방향으로 전류가 흐를 경우 코일(41)이 형성된 박막(48)에는 -z 방향으로 전자력이 작용한다.
특히 영구자석에 의한 자기장의 r 방향 성분을 더 크게 하기 위해서는 원통형의 영구자석을 사용하는 것이 보다 효율적이다.
그리고 전체 영구자석 영역의 하부에 배치되는 지지대(54)의 재료가 되는 물질의 투자율이 높을수록 영구자석에 의한 자기장의 대칭성이 증대되어, r 방향 이외의 방향의 자기장에 의한 전자력의 상쇄가 더 효율적으로 발생하고, 따라서 더 높은 효율로 r 방향의 자기장에 의한 전자력을 얻을 수 있다.
구동부에는 하나의 영구자석만을 사용할 수도 있으나 도 6a와 도 6b에서 보인 바과 같이 2개의 자석(51,52)과 지지대(54)를 사용함으로써 자기장의 세기를 현저히 증가시킬 수 있다. 도 6a에 나타난 바와 같이 내부의 원통형 자석(51)은 z 방향으로 자화가 되고, 이와 소정의 거리(53)를 두고 배치된 속이 빈 원통형의 자석(52)은 -z 방향으로 자화가 되어 있는 경우, r 방향의 자기장은 하나의 자석을 사용하는 경우보다 현저히 증가한다. 자기장의 크기가 증가한 경우, 전체 전자력의 크기도 자기장의 크기에 비례하므로, 상대적으로 작은 크기의 전류로 전자력 구동 가변 초점 미러를 구동할 수 있어 효율적이다. 도 6a에서는 r 방향으로 자기장이 형성되고 코일(41)에 θ 방향으로 전류가 흐를 경우 코일(41)이 형성된 박막(48)에는 -z 방향의 전자력이 작용한다.
도 7은 전자력 구동 가변 초점 미러를 사용한 카메라 모듈의 일실시예를 나타낸 개념도이다.
도 7의 실시예에서, 상기 카메라 모듈은 제 1 및 제 2 전자력 구동 가변 초점 미러(71,72)와 상기 제 1 및 제 2 전자력 구동 가변 초점 미러에서 굴절되는 광 경로(70)를 따라 빛이 최후로 도달하는 이미지 센서(73)를 포함한다. 그리고 상기 카메라 모듈은 제 1 및 제 2 전자력 구동 가변 초점 미러 사이의 광 경로 상에 위치하는 제 1 광학계(74)와, 제 1 전자력 구동 가변 초점 미러에 빛이 굴절되기 전의 광 경로 상에 위치하는 제 2 광학계(75)와, 제 2 전자력 구동 가변 초점 미러와 이미지 센서 사이의 광 경로 상에 위치하는 제 3 광학계(76)를 각각 선택적으로 포함한다.
상기 실시예의 카메라 모듈에서, 이미지 센서(73)를 향해 2번 굴절되는 광 경로(70)의 굴절부에 위치한 두 개의 전자력 구동 가변 초점 미러(71,72)는 각각 초점 조절 기능과 광학 줌 기능을 수행한다. 제 1 및 제 2 전자력 구동 가변 초점 미러(71,72)가 수행할 초점 조절 기능과 광학 줌 기능 사이에 선후관계는 없고, 둘 중 하나의 전자력 구동 가변 초점 미러가 초점 조절 기능을 수행하면 나머지 하나 의 전자력 구동 가변 초점 미러가 광학 줌 기능을 수행한다. 제 1 및 제 2 전자력 구동 가변 초점 미러(71,72) 사이에는 렌즈, 반사면, 필터, 기계식 셔터, 조리개 등의 광학계를 사용하여 제 1 광학계(74)를 형성할 수 있으며, 제 1 전자력 구동 가변 초점 미러(71)의 앞 단과 제 2 전자력 구동 가변 초점 미러(72)와 이미지 센서(73) 사이에도 각각 적합한 광학계를 선택적으로 구비하여 제 2 광학계(75)와 제 3 광학계(76)를 각각 선택적으로 형성할 수 있다.
전자력 구동 가변 초점 미러를 사용한 카메라 모듈은 1개의 전자력 구동 가변 초점 미러를 사용하여 초점 조절 기능과 광학 줌 기능을 선택적으로 수행하도록 구성하는 것도 가능하며, 2개 이상의 전자력 구동 가변 초점 미러를 사용하여 상기의 실시예와는 다른 다양한 광 경로로 모듈을 구성하는 것도 가능하다. 또한 종래의 렌즈군 이동 방식을 사용하는 카메라 모듈에 1개 이상의 전자력 구동 가변 초점 미러를 사용하여, 전자력 구동 가변 초점 미러가 초점 조절 기능과 광학 줌 기능 등 카메라 모듈의 통상적인 기능의 일부 또는 전부를 수행하도록 구성할 수 있다.
이하 본 발명의 전자력 구동 가변 초점 미러를 제조하는 방법을 설명한다.
상기 전자력 구동 가변 초점 미러는 지지대와 상기 지지대에 부착된 1개 이상의 영구자석을 구비한 구동부를 형성하는 단계와, 코일과 상기 코일에 흐르는 전류의 크기와 방향에 의해 곡률이 변하는 반사면과 상기 반사면이 집적된 박막을 구비한 미러부를 형성하는 단계와, 상기 구동부를 상기 미러부와 대향하는 위치에 배치하는 단계를 포함한다. 이하 각 단계를 도면에 나타난 실시예를 참조하여 설명한 다.
상기 미러부는 반사면을 박막에 집적하고, 관통공이 형성된 기판 위에 상기 박막을 부착하며, 상기 박막의 위에 코일을 부착하여 형성한다. 상기 반사면은 상기 박막의 위쪽 또는 아래쪽의 어느 쪽에든 집적이 가능하다. 상기 박막과 상기 코일 사이에는 절연막을 구비하는 것이 바람직하고, 상기 코일에 전류를 흘릴 수 있는 수단을 구비하는 것도 바람직하다. 도 4의 실시예는 전자력 구동 가변 초점 미러의 층별 구조를 나타내고 있다. 상기 실시예에서 미러부는 아래에서 위쪽으로 기판, 박막, 하부 도선, 절연막, 코일과 제 1 및 제 2 전극 패드의 순서로 된 층별 구조를 갖고 있으며, 상기 층별 구조를 순차적으로 적층하여 미러부를 형성하게 된다. 상기 실시예에서 반사면은 박막에 집적되어 있다. 상기 실시예에서 코일에 전류를 흘릴 수 있는 수단은 하부 도선과 제 1 및 제 2 전극 패드로 구성된다.
상기 구동부는 지지대의 위에 영구자석을 1개 이상 부착하여 형성한다. 이때 영구자석의 모양은 어느 것이든 무방하나 원통형인 것이 바람직하고, 나아가서 도 6a와 도6b의 실시예와 같이 상기 지지대의 상층에 위치하는 원통형의 제 1 영구자석과, 상기 지지대의 상층에 위치하면서 소정의 간격을 사이에 두고 상기 제 1 영구자석을 둘러싼 속이 빈 원통형의 제 2 영구자석의, 2개의 영구자석으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 구동부와 상기 미러부는 서로 대향하도록 배치한다. 도 6a와 도6b의 실시예에 나타난 바와 같이, 상기 미러부는 상기 구동부의 상부에 위치하고, 상기 박막의 관통공 쪽 면이 위쪽을 바라보도록 상하를 조정하여 전자력 구동 가변 초점 미러를 형성하는 것이 바람직하다.
그외 상기 반사면과 상기 박막과 상기 지지대 등은 각각 앞서 설명한 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 전자력 구동 가변 초점 미러를 구동하는 방법을 설명한다.
본 발명의 전자력 구동 가변 초점 미러를 구동하는 방법은 지지대와 상기 지지대에 부착된 1개 이상의 영구자석을 구비한 구동부에서 외부 자장을 형성하는 단계와, 상기 구동부와 대향하는 위치에 코일과 상기 코일에 흐르는 전류의 크기와 방향에 의해 곡률이 변하는 반사면과 상기 반사면이 집적된 박막을 구비한 미러부에서 상기 코일에 전류를 흘려주는 단계와, 상기 외부 자장과 상기 코일에 흐르는 전류의 상호작용으로 상기 반사면과 상기 박막의 곡률이 변화하는 단계를 포함한다. 이하 각 단계를 도면에 나타난 실시예를 참조하여 설명한다.
외부 자장을 형성하는 단계는, 상기 구동부의 지지대에 부착된 영구자석에 의해서 자기장을 발생하도록 하는 단계이다. 도 6a의 실시예에서는 제 1 영구자석과 제 2 영구자석에 의한 외부 자장이 코일을 포함한 미러부에 형성된다. 이 때 앞서 도 6a의 실시예에 대한 설명에서 언급한 바와 같이, 상기 구동부의 영구자석들에서 발생하는 외부 자장 중에서 r 방향의 자기장만이 코일에서 유효한 전자력을 발생시킨다.
코일에 전류를 흘려주는 단계는, 상기 코일의 일측단과 타측단이 코일에 전류를 흐르게 할 수 있는 수단의 양단에 각각 전기적으로 연결된 상태에서, 상기 코 일에 전류를 흐르게 할 수 있는 수단의 양단 사이에 전압을 걸어주어 상기 코일에 전류가 흐르게 하는 단계이다. 도 5의 실시예에서는 코일(41)의 일측단이 제 1 전극 패드(42)에 전기적으로 연결되고, 상기 코일의 타측단이 제 1 절연막 관통공(45-1)을 통해 하부 도선(46)과 전기적으로 연결되며, 상기 하부 도선이 제 2 절연막 관통공을 통해(45-2) 제 2 전극 패드(43)와 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 전극 패드와 상기 제 2 전극 패드 사이에 전류가 흐르는 경로를 구성하고 있다. 상기 제 1 전극 패드와 상기 제 2 전극 패드 사이에 전압을 인가하면, 코일에 전류가 흐른다.
상기 외부 자장과 상기 코일에 흐르는 전류의 상호작용으로 상기 반사면과 상기 박막의 곡률이 변화하는 단계는, 도 6a의 실시예에서 나타난 바와 같이, 영구자석에 의한 자기장이 r 방향으로 형성되고 코일(41)에 θ 방향으로 전류가 흐를 경우 코일(41)에는 -z 방향으로 전자력이 작용하고, 상기 전자력이 코일에 밀접하게 적층되어 있는 박막과 상기 박막에 집적되어 있는 반사면에 작용하여, 상기 박막과 상기 반사면의 곡률을 변화시키는 단계이다. 상기 전자력은 상기 코일에 흐르는 전류의 크기에 따라서 그 크기가 변하고, 상기 코일에 흐르는 전류의 방향에 따라서 그 방향이 변하므로, 상기 코일에 흐르는 전류의 크기와 방향을 조절하여 상기 박막과 상기 반사면의 곡률 변화를 조절할 수 있다. 상기와 같은 방법으로 전자력 구동 가변 초점 미러는 반사면의 곡률이 변함에 따라 그 초점이 변하게 되고, 초점 조절 기능과 광학 줌 기능을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 미러의 초점 조절을 위해서 전자력 구동기 등을 사용하여 렌즈군의 위치를 이동시키는 것 대신에 전자력을 이용하여 반사면의 곡률 반경을 변화시키므로, 빠른 초점 조절과 상대적으로 큰 변위가 가능하다. 그리고 기계적인 움직임이 없으므로 소음과 마찰의 문제점이 없으며 전력을 상대적으로 적게 소모한다.
또한 본 발명에 의하면, 종래의 전자력 구동기 등에 비해 간단한 구조와 상대적으로 가볍고 작은 부피로 같은 기능을 수행할 수 있고, 카메라 모듈에 사용될 경우에는 카메라의 소형화와 경량화가 가능하다.

Claims (14)

  1. 지지대와 상기 지지대에 부착된 1개 이상의 영구자석을 구비한 구동부; 및 상기 구동부와 대향하는 위치에 코일과 상기 코일에 흐르는 전류의 크기와 방향에 의해 곡률이 변하는 반사면과 상기 반사면이 집적된 박막을 구비한 미러부를 포함하는 전자력 구동 가변 초점 미러.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 미러부는 상기 코일과 상기 박막 사이를 절연하는 절연막을 포함하는 전자력 구동 가변 초점 미러.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 미러부는 상기 코일에 전류를 흘릴 수 있는 수단을 포함하는 전자력 구동 가변 초점 미러.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 반사면은 금속, 유전체, 금속과 유전체의 적층 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 전자력 구동 가변 초점 미러.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 박막은 반도체, 유전체, 세라믹, 폴리머, 금속 중의 어느 하나 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 전자력 구동 가변 초점 미러.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 반사면은 그 모양이 원형인 것을 특징으로 하는 전자 력 구동 가변 초점 미러.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 박막은 광 투과율이 높은 것으로 형성됨을 특징으로 하는 전자력 구동 가변 초점 미러.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 영구자석은 원통형인 것을 특징으로 하는 전자력 구동 가변 초점 미러.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 영구자석은 원통형의 내부 영구자석과, 상기 내부 영구자석을 소정의 간격을 두고 둘러싼 속이 빈 원통형의 외부 영구자석으로 구성된 것을 특징으로 하는 전자력 구동 가변 초점 미러.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 지지대는 투자율이 높은 것으로 형성됨을 특징으로 하는 전자력 구동 가변 초점 미러.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 박막의 평평도는 소정의 초기변형이 가해질 수 있는 것을 특징으로 하는 전자력 구동 가변 초점 미러.
  12. 제 1항의 전자력 구동 가변 초점 미러 1개 이상과, 상기 전자력 구동 가변 초점 미러에서 굴절된 빛이 최후로 도달하는 이미지 센서로 구성된 카메라 모듈.
  13. 지지대와 상기 지지대에 부착된 1개 이상의 영구자석을 구비한 구동부를 형성하는 단계; 코일과 상기 코일에 흐르는 전류의 크기와 방향에 의해 곡률이 변하는 반사면과 상기 반사면이 집적된 박막을 구비한 미러부를 형성하는 단계; 및 상기 구동부를 상기 미러부와 대향하는 위치에 배치하는 단계를 포함하는 제 1항의 전자력 구동 가변 초점 미러의 제조방법.
  14. 지지대와 상기 지지대에 부착된 1개 이상의 영구자석을 구비한 구동부에서 외부 자장을 형성하는 단계; 상기 구동부와 대향하는 위치에 코일과 상기 코일에 흐르는 전류의 크기와 방향에 의해 곡률이 변하는 반사면과 상기 반사면이 집적된 박막을 구비한 미러부에서 상기 코일에 전류를 흘려주는 단계; 및 상기 외부 자장과 상기 코일에 흐르는 전류의 상호작용으로 상기 반사면과 상기 박막의 곡률이 변화하는 단계를 포함하는 제 1항의 전자력 구동 가변 초점 미러의 구동 방법.
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